Improving interfacial stability of ultrahigh-voltage lithium metal batteries with single-crystal Ni-rich cathode via a multifunctional additive strategy

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作者
Zhi Zhang,Fangyan Liu,Zeyu Huang,Maoyi Yi,Xinming Fan,Maohui Bai,Bo Hong,Zhian Zhang,Jie Li,Yanqing Lai
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:608: 1471-1480 被引量:29
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2021.10.061
摘要

Electrode (including cathode and anode) /electrolyte interfaces play a vital role in determining battery performance. Especially, high-voltage lithium metal batteries (HVLMBs) with the Ni-rich layered oxide ternary cathode (NCM) can be considered a promising energy storage technology due to their outstanding energy density. However, it is still extremely challenging to address the unstable electrode/electrolyte interface and structural collapse of polycrystalline NCM at high voltage, greatly restraining its practical applications. In this work, a novel electrolyte additive, tris(2-cyanoethyl) borate (TCEB), has been used to construct the robust nitrogen (N) and boron (B)-rich protective films on single-crystal LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 (SNCM) cathode and lithium metal anode surfaces, which could effectively mitigate parasitic reactions against electrolyte corrosion and retain the structural integrity of electrode. Remarkably, the SNCM||Li metal cell using TCEB-containing electrolyte maintains unprecedentedly superb capacity retention of 80% after 100 cycles at an ultrahigh charging voltage of 4.7 V (versus Li/Li+). This finding provides a valuable reference to construct a stable electrode/electrolyte interface for the HVLMBs with achieving high-energy density.

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